《普通高中化学课程标准》提到,各学科基于学科本质凝练了学科核心素养,明确了学生学习相应学科课程后应达成的正确价值观念、必备品格和关键能力。化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”五个方面的内容。因此,在化学课堂教学中,学科核心素养必须以具体的化学知识为依托,让学生在获得知识的过程中形成和发展化学学科核心素养。下面,笔者以示例的形式,谈一谈化学学科核心素养中的“变化观念与平衡思想”在教学中的具体应用。

一、变化观念

示例1:在人教版化学必修2《原电池》的教学中,笔者引导学生通过实验探究原电池的反应原理,使其了解化学学科核心素养中的变化观念。

学生分组实验:

实验结论:

1.对比实验①和实验②

实验①中,学生将铜片、锌片同时插入稀硫酸中,但它们之间不接触,铜片没有变化,锌片表面有气泡产生。实验②中,学生把铜片、锌片用导线连接后(或接触),铜片表面就有了气泡,这说明用导线连接(或接触)后,电极间构成了闭合回路,形成了原电池装置,发生了原电池反应,并且锌片在实验②中腐蚀的速度更快。学生通过对比就会发现:物质是在不断运动和变化的,发生化学变化是有一定条件的。

2.对比实验①和实验③

实验①中没有发生原电池反应,而实验③中电流表的指针发生了偏转,说明发生了原电池反应,在反应过程中化学能转化成了电能。学生通过对比发现:物质在化学变化时能量通常会出现变化,有的是化学能转化成了热能,有的是化学能转化成了电能,有的则发生了其他形式的能量变化。

二、平衡思想

示例2:在人教版化学选修4《化学平衡》一课中,笔者引导学生通过实验探究外界条件对化学平衡的影响,帮助学生理解化学学科核心素养中的平衡思想。学生通过探究教材相关实验得出:如果参加反应物的浓度、压强、温度等其中一个条件发生改变时,化学反应的速率就会改变,原化学平衡就会受到破坏,新的化学平衡就会产生。此外,如果影响平衡的任何一种条件发生了变化,平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动,即“勒夏特列平衡移动原理”。该平衡思想除了适用于化学平衡外,还适用于弱电解质的电离平衡、难溶电解质的溶解平衡、水解平衡等,是理论性很强的化学学科思想,贯穿整个高中化学教学的始终。在实际生活中,我们常常通过适当增加廉价反应物的浓度,使化学平衡向正反应方向移动,从而提高价格较高原料的转化率,以降低生产成本。

三、变化观念与平衡思想在生产生活中的应用

示例3:在《工业合成氨》一课中,笔者引导学生将理论与实际结合起来,了解变化观念与平衡思想在生产生活中的应用。

氨是化肥和有机化工的主要原料,氮气与氢气生成氨气是一个典型的可逆反应。在生产中,如何控制这个动态平衡,使氮气和氢气发生反应,尽可能多地、尽可能快地转化成氨气?就涉及以下化学反应速率和化学平衡移动的问题。第一,该反应的正反应是气体体积减小的反应。从理论上来看,氨的合成在较高压强下进行比较有利,但在实际生产中,压强越大需要的动力就越大,对材料的要求也越高,这就会在无形中增加很多生产成本。受动力、材料、设备的影响,我国合成氨厂的压强一般是20MPa~50MPa。第二,该反应的正反应是放热反应。从理论上来看,氨的合成在较低温度下进行比较有利,但温度过低,反应速率就会变慢,且在500℃时催化剂铁触媒的活性最大。在实际生产中,合成氨厂一般会将温度控制在500℃。因此,在工业生产中,我们要多角度、动态地分析问题,既要考虑化学反应中平衡思想的理论知识,又要结合其他方面的实际情况,统筹兼顾,更好地解决生产生活中的实际问题。

化学来源于生活,又回归于生活。在高中化学教学过程中,教师要兼顾多个方面,将理论与实际充分结合起来,还要充分体现化学学科核心素养的五个方面,以此培育学生的化学素养,提升学生学习的积极性和主动性,提高化学教学的质量。

作者单位 西安市阎良区教学研究室

责任编辑:张 言